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碘鍾反應

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碘鍾反應是一種化學振盪反應，其體現了化學動力學的原理。它於1886年被瑞士化學家Hans Heinrich Landolt發現。在碘鍾反應中，兩種（或三種）無色的液體被混合在一起，並在幾秒鐘後變成靛藍色。碘酸根被硫代硫酸鈉還原是一個很吸引人的反應，常常被用來作為説明反應速率的實驗典範。如事先同時加入少量硫代硫酸鈉標準溶液和澱粉指示劑，則產生的碘便很快被還原為碘離子，直到S2O32－消耗完，遊離碘遇上澱粉即顯示藍色。從反應開始到藍色出現所經歷的時間，即可作為反應初速的計量。由於這一反應能自身顯示反應進程，故常稱為“碘鍾”反應。
中文名
碘鍾反應
外文名
Iodine clock reaction
發現者
Hans Heinrich Landolt
主要實驗試劑
過氧化氫溶液 澱粉 碘酸鹽 硫酸

目錄

  1. 1 簡介
  2. 2 實驗藥品
  3. 3 實驗步驟
  1. 4 注意事項
  2. 5 化學反應
  3. 6 反應温度對振盪的影響

碘鍾反應簡介

碘鍾反應（Iodine clock reaction）是一種化學振盪反應，其體現了化學動力學的原理。它於1886年被瑞士化學家Hans Heinrich Landolt發現。在碘鍾反應中，兩種（或三種）無色的液體被混合在一起，並在幾秒鐘後變成靛藍色。碘鍾反應可以通過不同的途徑實現。下面介紹一個簡單的碘鍾實驗的途徑 [1]  。
碘鍾反應 碘鍾反應

碘鍾反應實驗藥品

29%過氧化氫溶液、丙二酸、硫酸錳、可溶性澱粉、碘酸鉀、1mol/L硫酸。

碘鍾反應實驗步驟

配置甲溶液：量取97mL29%的過氧化氫溶液，轉移入250mL容量瓶裏，用蒸餾水稀釋到刻度，得3.6mol/L過氧化氫溶液。
配置乙溶液：分別稱取3.9g丙二酸和0.76g硫酸錳，分別溶於適量水中。另稱取0.075g可溶性澱粉，溶於50mL左右沸水中。把三者轉移入250mL容量瓶裏，稀釋到刻度，得到含0.15mol/L丙二酸、0.02mol/L硫酸錳、和0.03%澱粉的混合溶液。
配置丙溶液：稱取10.75g碘酸鉀溶於適量熱水中，再加入20mL1mol/L硫酸溶液酸化。轉移入250mL容量瓶裏，稀釋到刻度，得到0.2mol/L碘酸鉀和0.08mol/L硫酸的混合溶液。
將甲、乙、丙三組溶液以等體積混合在錐形瓶中，這混合溶液分別含過氧化氫1.2mol/L、丙二酸0.05mol/L、硫酸錳0.0067mol/L、碘酸鉀0.067mol/L、澱粉0.01%。混合後，反應液由無色變為藍紫色，幾秒後褪為無色，接着又從琥珀色變逐漸加深，藍紫色又反覆出現，幾秒後又消失，這樣週而復始地呈週期性變化。這種振盪反應，又叫“碘鍾反應”。振盪週期約為8秒，反覆振盪能持續幾分鐘。

碘鍾反應注意事項

1.碘鍾反應速率與温度有關。
2.丙溶液會隨室温降低，碘酸鉀以晶體析出，微熱又溶解。甲溶液不宜放置太久，否則過氧化氫分解失效而導致實驗失敗。
3.不可隨意更改藥品用量 [2]  。

碘鍾反應化學反應

過氧化氫型碘鍾
向硫酸酸化的過氧化氫溶液中加入碘化鉀、硫代硫酸鈉和澱粉的混合溶液。此時在體系中存在兩個主要反應，化學方程式為：
H2O2(aq)+3I-(aq)+2H+→ I3-+2H2O
I3-(aq)+2S2O32-(aq) → 3I-(aq)+S4O62-(aq)
碘酸鹽型碘鍾
向用硫酸酸化的碘酸鹽中加入亞硫酸氫鈉（以及少量澱粉溶液），此時體系中出現如下反應：
IO3−(aq) + 3HSO3− (aq) → I- (aq) + 3HSO4−(aq)
然後過量的碘酸根離子與碘離子發生歸中反應：
IO3 -(aq) + 5I- (aq) + 6H +(aq) → 3I2 + 3H2O (l)
接着亞硫酸氫鈉將生成的碘還原：
I2 (aq) + HSO3 -(aq) + H2O (l) → 2I- (aq) + HSO4-(aq) + 2H +(aq)
過硫酸鹽型碘鍾
通過過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨將碘離子氧化成碘單質。加入硫代硫酸鈉可以將碘單質還原回碘離子。化學方程式如下：
2I-(aq) + S2O82−(aq) → I2 (aq)+ 2SO42−(aq)
I2 (aq) + 2S2O32-(aq) → 2I-(aq) + S4O62-(aq)
氯酸鹽型碘鍾
將盧戈氏碘液、氯酸鈉和高氯酸混合，化學方程式如下：
I3-→ I- + I2
ClO3− + I -+ 2H +→ HIO +HClO2
ClO3 -+ HIO + H+→ HIO2 + HClO2
ClO3-+ HIO2 → IO3- + HClO2

碘鍾反應反應温度對振盪的影響

固定反應物加入順序和用量，依次改變體系的温度至30℃，35℃，40℃，45℃，測出振盪週期和誘導時間的變化。分別以誘導時間的對數和振盪週期的對數對温度的倒數作圖，得到表觀誘導活化能和振盪活化能 [3]  。
參考資料
  • 1.    常海. 碘鍾顏色震盪反應的研究[J]. 廣州化學, 2016, 41(5):33-36.
  • 2.    陳金熀. 碘鍾反應測定維生素C含量的研究[J]. 福建醫科大學學報, 1989(3):279-280.
  • 3.    沈家國, 楊濤, 吳思展. 碘鍾反應測定反應級數中的試劑因素分析[J]. 化學教育(中英文), 2015, 36(12):70-76.